汽车用冷轧低合金高强钢H C 4 2 0 L A的开发

2018-06-21余轶峰

中国钢铁业 2018年5期

叶姜樊雷余轶峰

1.前言

轻量化一直是汽车行业中一个重大的发展方向。高强度钢在抗碰撞性能、加工工艺和成本方面较铝、镁合金具有明显的优势，能够满足减轻汽车质量和提高碰撞安全性能的双重需要。从成本与性能角度来看，是满足车身轻量化、提高碰撞安全性的最佳材料。高强度钢板能够大幅度增加零件的抗变形能力，提高能量吸收能力和扩大弹性应变区。高强度钢应用于汽车零件上，可以通过减薄零件厚度来减轻车身质量，当钢板厚度分别减少0.05mm、0.10mm、0.15mm时车身可减重6%、12%、18%。车身用钢向高强度化发展已经成为趋势。在汽车制造中，白车身车架纵、横梁和汽车底盘等结构件和加强件，受力结构需要有良好的抗变形能力，即需要有高的屈服强度和高的屈强比，高强低合金钢正好可以满足此要求[1-2]。

2.成分设计

汽车用冷轧低合金高强钢HC420LA代表了冷轧低合金高强钢的最高强度级别，执行DIN EN 10268标准，这种钢具有良好的成形性能和较高的强度，主要用于汽车座椅、横梁等结构件和加强件。在低碳钢中添加少量的铌和（或）钛等合金元素，使其与碳、氮等元素形成碳化物、氮化物并在铁素体机体上析出从而提高钢的强度[3]。柳钢的汽车用冷轧低合金高强钢HC420LA采用罩式退火设备生产，化学成分设计是在C、Mn钢的基础上，通过添加Nb、Ti元素进行微合金化处理，采用晶粒细化、沉淀强化等复合强化机制保证钢的强度。综合考虑，HC420LA设计的化学成分见表1。

表1 冷轧低合金高强钢HC420LA化学成分 wt%

3.工艺流程及过程控制

3.1 生产工艺流程

HC420LA生产工艺流程：铁水预处理-转炉冶炼-LF精炼-RH精炼-板坯连铸-热轧-酸轧-罩式退火-平整-拉矫-卷取包装。

3.2 冶炼及连铸工艺

铁水深脱硫，扒渣干净；转炉冶炼，控制C、P、S成分，采用Al-Fe脱氧，Mn-Fe配Mn，Nb-Fe、Ti-Fe调Nb、Ti，RH脱气处理，降低H和O含量，使钢的成分达到设计目标，连铸时采取低过热度浇注和全程保护浇注。

3.3 热连轧工艺

低合金高强钢HC420LA的强度要求较高，但柳钢冷轧轧机的负荷能力一定，要求热轧基板的强度不能过高。热轧工序板坯加热温度控制在1200℃-1250℃范围内，采用高温加热，保证稳定轧制的同时，在钢中获得粗大的碳氮化合物等第二相粒子。为使得在奥氏体形变过程中产生的大量位错得以保留，从而提高最终转变产物中的位错密度，增强位错强化和其他因素，终轧温度目标值为860℃-900℃，卷取温度580℃-640℃，有利于获得均匀和细小的铁素体晶粒。对低合金高强度钢 HC420LA 热轧基板进行力学性能检验（见表2）；对其进行金相检验，金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度平均为13级。

表2 HC420LA热轧基板力学性能

表3 HC420LA冷轧卷力学性能

3.4 冷轧工艺

热轧原料经过盐酸紊流酸洗后，经5机架冷连轧机组进行轧制，冷轧压下率越大，有利于提高金属冷轧变形储能，增加退火过程中再结晶的驱动力。但考虑到柳钢冷轧机组的设备能力和设备损耗，结合柳钢实际情况，冷轧压下率控制在50%-60%。在罩式退火中，要保证试验钢的冲压性能，必须使钢板充分再结晶，消除加工硬化现象。同时均匀组织和细小等轴晶粒也有利于提高冲压性能。HC420LA基板经过冷轧后位错密度急剧升高，硬卷抗拉强度可达1000MPa以上。由于冷轧产生的加工硬化只有通过再结晶退火才能消除，冷轧后的组织通过回复、再结晶和晶粒长大3个过程，最终获得理想的冲压性能。为了制定合理的再结晶退火制度，采用硬度法测量了钢的再结晶温度为600℃。

冷轧板进行平整是为了保证钢板板形，且对于消除屈服平台、减少回弹以提高冷轧高强度钢板的冲压性能有利，在保证板形的质量的前提下，适当提高轧制压力对于提高钢板的强度有一定作用，所以设定平整延伸率控制在1.5%-2.0%。

4 产品性能及应用

4.1 产品性能及金相组织

HC420LA冷轧卷取样进行纵向、横向、45°方向力学性能及横向金相组织检验，（见表3），组织为铁素体+渗碳体，铁素体晶粒度13级，将样品进行透射电镜制样，应用JEM-2100F透射电镜对试样进行了析出物观察，其析出物非弥散分布，颗粒大小5nm-40nm，经光谱分析其组成为TiC、TiN、Ti4C2S2和少量的MnS等。添加铌、钛等微合金元素，使钢中形成细小、弥散的碳、氮化物，细化晶粒和阻碍位错，实现强度的提高，使其具有较高的强度和塑性，满足汽车制造对强度、塑性和韧性以及其他成形方面的要求。